数码相机原理及基础知识

数码相机原理及基础知识

数码相机教学目的：掌握数码相机各部件的工作原理、结构和功能。教学上的困难。工作原理、结构组成。教学工具。数码相机。教学过程。介绍。数码相机，又称数码相机，已经风靡全世界。数码相机是数字时代的重要组成部分。的重要标志，它综合了光学技术、传感技术、微电子技术、计算机技术和机械技术的优点。它利用光电转换器将光信息转换为电信息，然后进行特定的处理和存储。是典型的光机电一体化产品，有很强的替代传统相机的趋势

1、数码相机的构成

1.镜头 数码相机镜头的功能与普通相机镜头相同。取景器分类：变焦镜头、定焦镜头 2.图像传感器（1）。其作用是将光信号转换成电信号。图像传感器是数码相机的核心部件，其质量的大小决定了数码相机的成像质量。该面积通常很小，但却包含数十万甚至数万个具有感光特性的二极管——光电二极管。每个光电二极管都是一个像素。当光线照射到其上时，光电二极管就会产生电荷积累，光线越多，积累的电荷就越多，然后这些积累的电荷就会转换成相应的像素数据（2），类型电荷耦合器件（CCD）电路复杂，读取信息需要在同步信号的控制下逐位传输后读取。信息读取复杂、缓慢；采用三组电源供电，功耗较大，但技术成熟，成像质量不错。互补金属氧化物半导体（CMOS）电路简单，可直接读取信息，速度快。只需一个电源，耗电20%，是CCD的1/8至1/10；但光电传感元件与电路之间有间隙。如果距离较近，相位的光、电、磁干扰就会严重，对图像质量产生很大影响。 3、A/D转换器（模数转换器）的作用是将模拟信号转换为数字信号的部件。转换速度和量化精度对应于量化精度。 A/D转换器将每个像素的亮度或颜色值量化为几个级别。 ，这个级别是数码相机的颜色深度，适用于具有数字接口（例如CMOS）的图像传感器，不需要A/D转换器。 4、MPU（微处理器）的作用是通过分析图像传感器的感光度来调整通用数码相机的光圈和快门系统结构。所采用的微处理器模块结构如图2所示，包括：传感器数据处理DSP、SRAM控制器、显示控制器、JPEG编码器、USB等接口、运算处理单音频接口（非通用模块）等功能模块和图像传感器时钟发生器 5. 存储设备用于保存数字图像数据类型内置存储器 它是用于在移动存储器SD卡、MD卡、软盘、CD、记忆棒等中临时存储图像的芯片。 6.液晶显示屏（液晶显示器）功能为电子取景器、图片显示和功能菜单显示分类双扫描扭曲向列液晶显示器薄膜晶体管液晶显示器，数码相机大多采用。 7、输入输出接口作为数据交互的通用接口、图像数据存储扩展设备接口、计算机通信接口、与电视连接的视频接口。

2.数码相机的工作原理。数码相机中的镜头将光线会聚到感光器件CCD上。 CCD取代了传统相机中的胶片位置。它的作用是将光信号转换成电信号，以便我们得到被拍摄场景的相应图像。电子图像，但还不能发送到计算机处理，还需要模数处理；接下来，MPU压缩数字信号并将其转换为特定的图像格式，例如JPEG格式。最终的图像文件存储在内置存储器中。此时，数码相机的主要工作已经完成。剩下要做的就是在液晶显示屏上查看拍摄的照片

三、相机的光电成像原理 1. 核心光电转换器（图像传感器） 2. 类型 3. CCD  线阵型和面型。线性CCD芯片的两大类特点是高分辨率和拍照能力。拍摄1000万像素以上图像的数码相机均采用线性CCD。 CCD的基本元件是金属氧化物半导体电容器（MOS）。 CCD功能：光电转换、电荷存储、电荷转移3数码相机的数据处理。数据处理以微处理器为中心。根据数码相机所使用的图像传感器的不同，数据流的处理也存在一些差异。在使用CCD的数码相机中，CCD数据作为模拟数据输入。输出时，需要经过模数转换、光学黑电平钳位等处理过程；在采用CMOS的数码相机系统中，由于CMOS器件采用数字接口，因此省略了模拟接口的电路，直接读取数据。图像传感器数据读出后，系统对镜头的边缘畸变进行计算校正，然后经过坏像素处理后，送入系统进行白平衡处理。由于图像传感器在制造和老化过程中恢复正常，因此存在一些个别像素性能偏差。这些像素被称为坏像素，因为它们脱离接触或无法正常感应光线。微处理器通常会进行相应的计算来进行校正，但这种校正过程是有限的。伽玛校正和色彩合成处理使数码相机能够获得良好的效果。彩色图像必需的图像处理程序没有进行彩色合成之前，数码相机获得的图像数据由红、绿、蓝三通道图像数据组成。经过颜色合成处理后，将得到混色图像，以便实现镜头的自动对焦控制。 ，经过颜色合成处理后，需要对图像进行边缘检测（锐度检测）和伪色检测（伪色抑制）后，将用于浏览的图像数据流发送到LCD控制器，将图像数据需要存储的是JPEG压缩存储。此时在存储器中，整个数码相机中的图像数量数据处理完成后，为了使数码相机系统稳定工作，整个系统还需要有一个系统状态检测和控制电路，其主要用于检测供电系统的运行状态以及用户界面各部分的运行状态 A/D转换器 存储器 存储器 存储卡接口 镜头 图像传感器 模数转换器 微处理器 移动存储器 LCD显示屏 图1数码相机结构图 图像传感器时钟 音频数据 图像传感器控制 图像传感器数据 图像传感器数据处理 DSP DRAM 控制器 显示控制器 音频接口处理单元 JPEG 编码器 USB 等接口控制器 PLL 存储器接口 TVLCD 图 2 微处理器结构 镜头和闪存控制器 图像传感器数据信号读出 模拟信号处理和模数转换数字转换 黑电平钳位 镜头畸变校正 自动曝光 控制器 彩色图像合成处理 伽玛校正 白平衡 坏像素处理 自动对焦 边缘检测 伪色抑制 系统状态监控和 I/O 控制 JPEG 压缩处理 图像缩放 CCD 图像传感器 CMOS 图像传感器 图 3数码相机加工过程。

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